用于內燃機的燃料系統以及減輕燃料系統中的燃料過濾裝置中的壓力波動的方法與流程

本發明涉及用于內燃機的燃料系統、具有所述燃料系統的內燃機、具有所述燃料系統的車輛、以及減輕燃料系統中的燃料過濾裝置中的壓力波動的方法。

背景技術：

燃式發動機(諸如柴油發動機或奧托式發動機)用于當今多種類型的設備和車輛中、例如重型貨運車輛中、諸如卡車或公交車、乘用車、機動船、客輪、渡輪和貨輪中。燃式發動機還用于工業發動機和/或發動機驅動的工業機器人，動力設備(諸如包括柴油發電機的發電廠)中，以及用于機車中。

燃式發動機可以通過柴油、汽油、或乙醇、或其他類型的生物燃料驅動。這樣的發動機配備有燃料系統以將燃料從一個或多個燃料儲罐輸送到內燃機的噴射系統。燃料系統包括可以通過內燃機以機械方式驅動、或通過電機驅動的一個或多個燃料泵。燃料泵產生燃料流和壓力以將燃料輸送到內燃機的噴射系統，所述噴射系統將燃料供給到內燃機的燃燒室。

燃料系統還包括燃料過濾器，以在燃料到達內燃機的噴射系統之前過濾燃料。內燃機及其噴射系統對雜質敏感并且可能在燃料過于污染的情況下受到負面影響。雜質可以意味著固體顆粒、氣體或液體。

某些燃式發動機或混合動力發動機可以在車輛停止時關閉、例如在紅燈處或堵車中關閉，目的是減少燃料消耗和尾氣排放。這種功能使得內燃機頻繁啟動和停止。當內燃機關閉時，燃料系統中的壓力急劇下降，因為燃料不再需要被供給到內燃機。另一方面，內燃機的每次啟動需要在燃料系統中迅速建立起壓力，以便迅速將燃料充分供給到內燃機。因此，內燃機的頻繁啟動/停止導致燃料系統中的頻繁壓力波動，因此還導致燃料過濾器中的頻繁壓力波動。在內燃機的啟動期間，所形成的壓力在燃料系統中增大，燃料從而在高壓下經由燃料過濾器供給。高壓導致燃料中的雜質可能被推壓通過過濾器的風險，這可能影響噴射系統和內燃機的功能。即使僅有少量雜質到達內燃機，也可能產生內燃機可能無法通過燃料驅動的后果。此外，存在燃料過濾器可能由于經常在系統中出現的壓力波動和高壓而受損或瓦解的風險。雜質可能到達內燃機的風險以及燃料過濾器受損的風險隨著燃料過濾器受到高壓影響的頻率而增加。從而期望減輕燃料過濾器中的壓力波動。

盡管在本領域中存在現有技術的解決方案，但仍存在進一步開發燃料系統的需求，所述燃料系統有助于減輕用于內燃機的燃料系統中的燃料過濾器中的壓力波動，從而將使燃料過濾器和內燃機受損的風險最小化。

技術實現要素：

本發明的目的是實現用于內燃機的燃料系統，所述燃料系統減輕燃料系統中的燃料過濾器中的壓力波動。

本發明的另一目的是實現用于內燃機的燃料系統，所述燃料系統將內燃機中的操作中斷的風險最小化。

本發明的另一目的是實現用于內燃機的燃料系統，所述燃料系統將燃料系統中的燃料過濾器中的操作中斷的風險最小化。

本發明的另一目的是實現用于內燃機的燃料系統，所述燃料系統緊湊且節省空間。

本發明的另一目的是實現減輕內燃機的燃料系統中的燃料過濾器中的壓力波動的方法。

這些目的利用在權利要求1中被限定的燃料系統以及減輕燃料系統中的燃料過濾器中的壓力波動的方法來實現，所述方法在權利要求10中被限定。

根據本發明，這些目的利用用于內燃機的燃料系統來實現，所述燃料系統包括：第一燃料儲罐；燃料過濾裝置，所述燃料過濾裝置設置在通過電機操作的低壓泵與高壓泵之間；第一燃料管道，低壓泵設置成將燃料通過所述第一燃料管道供給到燃料過濾裝置；以及控制裝置，所述控制裝置設置成與操作低壓泵的電機連接。此外，溢流管道設置成與排氣出口和第一燃料儲罐連接，所述排氣出口設置在燃料過濾裝置中，控制裝置設置成控制電機，以使得在內燃機已關閉有限的一段時間時，低壓泵啟動。燃料可以接下來從燃料過濾裝置經由排氣出口和溢流管道流回到第一燃料儲罐。

本發明還涉及包括在上文中描述的系統的內燃機和車輛。

根據另一方面，本發明涉及減輕用于內燃機的燃料系統中的燃料過濾裝置中的壓力波動的方法，所述燃料系統包括：第一燃料儲罐；燃料過濾裝置，所述燃料過濾裝置設置在通過電機操作的低壓泵與高壓泵之間；第一燃料管道，低壓泵設置成將燃料經由所述第一燃料管道供給到燃料過濾裝置；以及控制裝置，所述控制裝置設置成與操作低壓泵的電機連接。所述方法包括以下步驟：

a)識別內燃機的停機；

b)利用控制裝置確保低壓泵啟動；以及

c)確保燃料從燃料過濾裝置經由設置在燃料過濾裝置中的排氣出口以及設置成與排氣出口和第一燃料儲罐連接的溢流管道流回到第一燃料儲罐。

本發明的附加特征和優點在下文中的本發明的具體詳述中被描述。

本發明的具體詳述

本發明在下文中參照總體上在上文中被描述的燃料系統和方法來描述。

當內燃機關閉時，沒有燃料需要被供給到內燃機，因此低壓泵和高壓泵通常被停機，燃料系統中的壓力下降。當內燃機再次啟動時，需要在燃料系統中迅速建立起壓力，以便允許將燃料充分供給到內燃機。低壓泵必須接下來朝向高轉速控制，以便能夠利用充分高壓將燃料供給通過燃料過濾裝置。內燃機每次啟動，這樣的壓力波動就出現，所述壓力波動還被稱為壓力沖擊或脈動。這樣的高壓可能導致雜質被推壓通過燃料過濾裝置并且進一步被推壓到內燃機，這可能引起內燃機的停機。此外，燃料被供給通過燃料過濾裝置所利用的高壓可能損害燃料過濾裝置。如果內燃機被頻繁關閉和啟動，則燃料過濾裝置會更頻繁受到高壓影響，燃料過濾裝置中的這些頻繁的壓力波動從而增加對燃料過濾裝置造成損害的風險，雜質可能引起操作中斷的風險。

通過在燃料系統中設置通過電機操作的低壓泵，允許與利用機械泵操作相比更寬的控制間隔，所述機械泵通常通過內燃機操作和控制、具體通過內燃機的發動機速度操作和控制。通過電機操作的低壓泵可以朝向除了轉速以外的參數控制、例如朝向燃料過濾器堵塞級別以及燃料管道內部的壓力控制。通過設置控制裝置以控制電機使得在內燃機關閉時，低壓泵啟動，燃料將會繼續通過第一燃料管道供給到燃料過濾裝置，因此特定壓力即使在內燃機關閉時也將會被保持在燃料過濾裝置中。以這種方式，在內燃機隨后再次啟動時在燃料過濾裝置中出現的壓力波動得以減輕。因此，雜質可能被推壓通過燃料過濾裝置并且引起操作中斷的風險最小化。此外，由于大且頻繁的壓力波動而使得燃料過濾裝置可能受損或瓦解的風險最小化。

低壓泵的電機適于設置成經由CAN總線與控制裝置連接。信號可以經由一個或多個線纜組成的連接件或無線連接件接收和發送，所述連接件可以是CAN總線(控制器區域網絡)、MOST總線(面向媒體的系統傳輸)、或某些其他類型的總線結構。控制裝置可以是用于低壓泵的電機的單獨控制裝置，或替代地，控制裝置可以由用于內燃機的控制裝置中的邏輯電路組成。車輛的其他控制裝置也可以反過來連接到CAN總線。控制裝置優選識別出內燃機已關閉，接下來所述控制裝置控制低壓泵，以使得所述低壓泵啟動。內燃機已關閉的事實可以通過控制裝置、例如通過所要求的來自高壓泵和/或噴射系統的燃料等于零的方式識別出。

根據本發明的一個方面，控制裝置設置成在內燃機關閉時減小低壓泵的轉速。在內燃機已關閉有限的一段時間時，低壓泵優選具有低轉速，以便產生燃料過濾器中的壓力。當內燃機關閉時，低壓泵的轉速對應于電機中的低電流和功率消耗。通過在內燃機關閉時減少低壓泵的發動機速度，大部分燃料穿過排氣出口，而非進一步流動到高壓泵。過濾器外殼利用例如最大約1bar的低壓增壓、像蓄壓器那樣工作。特定流動的增壓和再循環使得燃料加速更快并且壓力尖峰中的幅值在發動機重新啟動時更小。排氣出口確保過濾器外殼內部的壓力被保持在最優級別并且不會過高。

低壓泵適于啟動有限的一段時間，內燃機在所述有限的一段時間中關閉。控制裝置從而優選設置成將低壓泵停機。預定的一段時間可以例如在1至10分鐘之間，優選在5至8分鐘之間。低壓泵可以通過控制控制裝置來停機，以使得所述控制裝置在預定的一段時間之后關閉電機。這確保低壓泵僅在內燃機已關閉一小段時間時、例如在紅燈處或交通堵塞中停下時啟動。

燃料過濾裝置優選包括過濾器外殼，過濾元件設置在所述過濾器外殼中。排氣出口適于設置在過濾器外殼中。當內燃機在操作中時，燃料以特定壓力從低壓泵經由第一燃料管道供給到過濾器外殼，接下來燃料穿過過濾元件并且雜質被過濾掉。隨后，燃料被進一步供給到高壓泵以及內燃機的噴射系統。基本上可忽略不計的一部分燃料也會穿過用于排氣的排氣出口。通過控制低壓泵，使得所述低壓泵在內燃機關閉時啟動，燃料將會繼續被供給到過濾器外殼，但大部分燃料將會轉而通過排氣出口流動到溢流管道并且流回到第一燃料儲罐。以這種方式，特定壓力被保持在燃料過濾裝置中，通常在內燃機啟動和停止時出現的壓力波動得以減輕。過濾元件上的應力從而最小化。

根據本發明的一個方面，排氣出口設置在燃料過濾裝置中，以使得燃料在穿過排氣出口之前不穿過過濾元件。以這種方式，過濾元件上的應力最小化，過濾元件的堵塞受到限制。替代地，排氣出口設置成使得燃料在穿過排氣出口之前穿過過濾元件。以這種方式，燃料被過濾并且通過溢流管道返回到第一燃料儲罐，因此燃料被反復過濾。

閥裝置優選在燃料過濾裝置中設置在排氣出口處。閥裝置適于由節氣閥組成，由此跨過節氣門實現流動限制和壓力下降。由于通過排氣出口的流動受到限制，過濾器外殼內部的壓力將會增加，過濾器外殼將會因此充當加壓的蓄壓器。當內燃機再次啟動時，加壓的燃料將會已存在于過濾器外殼中，因此燃料可以迅速到達內燃機，內燃機的迅速且高效的啟動得以實現。此外，節氣閥和過濾器外殼中的壓力使得在內燃機的啟動時出現的壓力差最小化，這將使燃料過濾裝置受損的風險以及由于壓力急劇增加導致雜質被推壓通過過濾元件的風險最小化。

根據本發明的一個方面，燃料系統包括第二燃料儲罐。第一燃料儲罐適于適配使得其保有與第二燃料儲罐相比更小的容積。這種設計允許第一燃料儲罐體積較小，所述第一燃料儲罐較容易設置在具有有限空間的底盤內部。由此，小體積的燃料系統得以實現。

輸送泵優選設置成利用燃料供給第一燃料儲罐。輸送泵適于將燃料從第二燃料儲罐經由第二燃料管道進一步供給到第一燃料儲罐。預過濾器優選設置在輸送泵下游和主低壓泵上游。到達通過電機操作的低壓泵的燃料從而被預過濾，這使得低壓泵以先進的方式被保護防止雜質進入，這減小低壓泵中的操作中斷的風險。輸送泵優選通過電機操作。以這種方式，更高效且靈活調節的通向第一燃料儲罐的燃料供給得以實現。

低壓泵適于設置在第一燃料儲罐中。以這種方式，低壓泵被保護不受外界環境影響，燃料得以在第一燃料儲罐中自然冷卻。替代地，輸送泵和預過濾器也設置在第一燃料儲罐內部。

燃料回流管道適于設置成與第一燃料儲罐和燃料系統的高壓系統連接。加壓的暖燃料可以以這種方式返回到第一燃料儲罐，而非輸送到內燃機的燃燒室。暖燃料可以從而加熱燃料儲罐中的冷燃料，并且以這種方式減小在操作期間石蠟化的風險。

本發明的其他優點在下文中的本發明的示例性實施方式的具體描述中闡述。

附圖說明

作為實施例，以下是參照附圖對于本發明的實施方式的描述，其中：

圖1示出車輛的示意性側視圖，所述車輛包括根據本發明的用于內燃機的燃料系統，

圖2示出用于根據本發明的燃料系統的聯接圖，

圖3示出減輕根據本發明的燃料系統中的燃料過濾裝置中的壓力波動的方法的流程圖。

具體實施方式

圖1示出車輛1的示意性側視圖，所述車輛包括用于根據本發明的內燃機2的燃料系統4。內燃機2連接到變速箱6，所述變速箱經由傳動裝置進一步連接到車輛1的驅動輪8。車輛還包括底盤10。

圖2示出用于根據本發明的內燃機2中的燃料系統4的聯接圖。燃料系統4包括多個部件，在所述多個部件中，燃料過濾裝置12、高壓泵14、采取所謂的共軌16形式的蓄壓器、以及采取燃料噴射器形式示意性地展示的噴射系統18設置在內燃機2中(內燃機2在圖1中展示)。替代地，共軌16可以被其他形式的噴射系統18替代，例如壓電式或單元式噴射系統。高壓泵14、共軌16和噴射系統18構成燃料系統4的高壓系統19中的部件。燃料系統4還包括第一燃料儲罐20、低壓泵22、第一燃料管道24、以及操作低壓泵22的控制裝置26，低壓泵22設置成將燃料通過所述第一燃料管道供給到燃料過濾裝置12，所述控制裝置設置成與電機M1連接。控制裝置26設置成經由CAN總線28與電機M1連接。當內燃機2在操作中時，低壓泵22將燃料從燃料儲罐20泵送通過設置在下游的燃料過濾裝置12，并且進一步泵送到高壓泵14，所述高壓泵接下來將燃料進一步泵送到內燃機2。控制裝置26設置成控制低壓泵22，以使得所述低壓泵在內燃機2已關閉有限的一段時間時啟動。以這種方式，特定壓力即使在內燃機2關閉時也被保持在燃料過濾裝置12中，以使得燃料過濾裝置12中的壓力波動得以減輕。

燃料系統4還可以包括第二燃料儲罐30、第三燃料儲罐32、輸送泵34和預過濾器36。第二和第三燃料儲罐30，32在其相應頂部部分與通氣管路38連接，所述通氣管路經由空氣過濾器40與周圍環境連通。通氣管路38確保相應儲罐30，32中的壓力是相同的并且維持相同，并且等于外界空氣壓力，無論多少燃料存在于相應儲罐中。空氣過濾器40防止周圍空氣中的雜質穿透到與儲罐的通氣連接的通氣管路38中。第一燃料儲罐20適用于保有與第二燃料儲罐30和第三燃料儲罐32相比更小的容積。第二燃料儲罐30和第三燃料儲罐32對應于主燃料儲罐并且保有基本上相同容積并且在彼此之間具有經由連接管路42的自調節流動，所述連接管路設置在第二燃料儲罐30的下部部分與第三燃料儲罐32的下部部分之間。根據圖2，輸送泵34被設置在第一燃料儲罐20與第二燃料儲罐30之間。低壓泵22可以被設置在第一燃料儲罐20內部，并且從而被保護不受環境影響并且通過燃料冷卻。輸送泵34通過第二電機M2操作，并且其主任務是將燃料從第二燃料儲罐30經由第二燃料管道44供給到第一燃料儲罐20。第二電機M2設置成經由CAN總線28與控制裝置26連接。第二電機M2并且由此輸送泵34從而通過控制裝置26控制。

溢流管道46設置在第一燃料儲罐20與第二燃料儲罐30之間，以使得在第一燃料儲罐20變得過滿的情況下，燃料可以從第一燃料儲罐20輸送到第二燃料儲罐30。

預過濾器36設置在輸送泵34下游并且優選是細網的水分離式過濾器。粗網篩48在第二燃料儲罐30中設置在輸送泵34上游，輸送泵28通過所述粗網篩吸取燃料。粗網篩48過濾掉大于特定預定尺寸的顆粒物。輸送泵34接下來將燃料加壓并且將燃料饋送通過預過濾器36，并且經由第二燃料管道44進一步饋送到第一燃料儲罐20。第一燃料儲罐20中的燃料從而已穿過粗網篩48和細網預過濾器36兩者，這使得設置在第一燃料儲罐20中的低壓泵22被保護不受雜質影響。

燃料過濾裝置12包括過濾器外殼50，過濾元件52設置在所述過濾器外殼中，來自第一燃料儲罐20的燃料通過所述過濾元件被過濾。過濾器外殼50具有排氣出口54，溢流管道56與所述排氣出口連接。溢流管道56還與第一燃料儲罐20連接。以這種方式，燃料可以在內燃機2關閉并且低壓泵22啟動時從過濾器外殼50流動通過排氣出口54、進一步通過溢流管道56并且流回到第一燃料儲罐20。當內燃機2在操作中時，過濾器外殼50經由排氣出口54排氣。

采取節氣閥形式的閥裝置58設置在排氣出口54處，并且從而與溢流管道56連接。節氣閥使得在內燃機2關閉時通過低壓泵22供給到燃料過濾裝置12的大部分燃料通過排氣出口54、節氣閥58和溢流管道56流回到第一燃料儲罐20。節氣閥58還使得跨過節氣門的流動受限并且壓力下降，這繼而產生在過濾器外殼50中建立起壓力的后果。過濾器外殼50從而充當加壓的蓄壓器，這意味著只要低壓泵22啟動，即使內燃機2關閉，在過濾器外殼50中也總是存在加壓的燃料。以這種方式，可以實現內燃機2的迅速且高效的啟動。

此外，燃料系統4包括燃料回流管道60，加壓的暖燃料從燃料系統4的高壓系統19通過所述燃料回流管道返回到第一燃料儲罐20。

第一液位傳感器62設置在第一燃料儲罐20中，以便識別第一燃料儲罐20中的燃料液位。當利用液位傳感器62確定的第一燃料儲罐20中的燃料液位降低到預定液位閾值以下時，輸送泵34被控制以將燃料從第二燃料儲罐30饋送到第一燃料儲罐20。第二液位傳感器64設置在第二燃料儲罐30中，以便識別第二燃料儲罐30中的燃料液位。第一液位傳感器62和第二液位傳感器64連接到CAN總線28和控制裝置26，所述控制裝置控制輸送泵34和低壓泵22。

壓力傳感器66設置在燃料過濾裝置12下游。壓力傳感器經由CAN總線28連接到控制裝置26。壓力傳感器可以控制第一電機M1，所述第一電機通過允許設定點值來操作低壓泵22，而不管系統中的狀態如何(例如在系統中的壓力下降的情況下)、不管燃料過濾器堵塞級別或不管來自內燃機2、噴射系統18或控制系統的最優燃料需求。

圖3示出減輕根據本發明的燃料系統4中的燃料過濾裝置12中的壓力波動的方法的流程圖。燃料系統4可以適配為在圖2中描述的那樣。根據本發明的方法包括：步驟a)識別內燃機2的停機，步驟b)利用控制裝置26確保低壓泵22啟動，以及步驟c)確保燃料從燃料過濾裝置12經由設置在燃料過濾裝置12中的排氣出口54以及設置成與排氣出口54和第一燃料儲罐20連接的溢流管道56流回到第一燃料儲罐20。通過在內燃機2關閉時保持低壓泵22啟動，特定壓力被保持在燃料過濾裝置12中。由此，在內燃機2關閉時的狀態與在內燃機2啟動時的狀態之間的壓力差得以減小。由此，燃料過濾裝置12中的壓力波動得以減輕。

控制裝置26適于識別出內燃機2已關閉，并非如在現有技術中那樣將低壓泵22停機，控制裝置26轉而控制低壓泵22的電機M1使得低壓泵22啟動。控制裝置26適于識別出內燃機2已關閉。控制裝置26適于確保低壓泵的22轉速得以減小，優選減小到具有低功率和電流消耗的轉速。控制裝置26可以控制電機M1，以使得低壓泵22獲得低發動機速度。

閥裝置58在燃料過濾裝置12中配置在排氣出口54處。閥裝置58適于由節氣閥組成，由此在排氣出口54處實現流動限制和壓力下降。配置節氣閥58、并且減少低壓泵22的轉速、并且從而減少第一燃料管道24和燃料過濾裝置12中的壓力，確保通過低壓泵22供給到燃料過濾裝置12的大部分燃料穿過排氣出口54并且流回到第一燃料儲罐20。此外，節氣閥58使得在過濾器外殼50內部建立起壓力并且使得過濾器外殼50從而充當加壓的蓄壓器。如果內燃機2在一段時間之后再次啟動，則加壓的燃料已經存在于燃料過濾裝置12中，可以實現內燃機2的迅速且高效的啟動。

所述方法還適于包括步驟d)通過將電機M1預定的一段時間之后關閉來將低壓泵22停機。低壓泵22適于保持啟動預定的一段時間，內燃機2在所述預定的一段時間中關閉。控制裝置26優選在內燃機2已關閉預定的一段時間時將低壓泵22停機。預定的一段時間可以例如在3至10分鐘之間，優選在5至8分鐘之間。這確保低壓泵22僅在內燃機2關閉一小段時間時、例如在紅燈處或交通擁堵中停下時啟動。

在上文中規定的部件和特征在本發明的框架內可以在所規定的不同實施方式之間結合。